Bir sanatçının son zamanlarda olduğu gibi bir blazar illüstrasyonu, nötrinoları ve kozmik ışınları muazzam hızlara hızlandırdığını buldu. Toplama diskinin ortasındaki süper kütleli kara delik, diske dik olarak dar yüksek enerjili bir madde jetini uzaya gönderir.
(Resim: © DESY, Bilim İletişim Laboratuarı)
Gökbilimciler, ilk kez kozmik kaynağına yüksek enerjili bir nötrino izledi ve bu süreçte asırlık bir gizemi çözdü.
Nötrinolar, elektrik yükü olmayan ve dolayısıyla çevreleriyle nadiren etkileşime giren neredeyse kütlesiz atomaltı parçacıklardır. Gerçekten de, bu "hayalet parçacıkların" trilyonları vücudunuzda her saniye fark edilmeden ve engellenmeden akar.
Bu nötrinoların çoğu güneşten gelir. Ancak, son derece yüksek enerjilere sahip küçük bir yüzde, çok derin uzaydan ormanların boynuna roketlendi. Nötrinoların doğasında var olan açıklığı, gökbilimcilerin bu tür kozmik gezginlerin kökenini tespit etmelerini engelledi - şimdiye kadar. [Neutrino'yu Kaynağına İzlemek: Resimlerdeki Keşif]
Güney Kutbu'ndaki IceCube Neutrino Gözlemevi ve diğer birçok enstrümanın gözlemleri, araştırmacıların bir kozmik nötrinoyu, kalbinde hızlı dönen süper kütleli bir kara deliğe sahip büyük bir eliptik galaksi olan uzak bir blazar'a kadar izlemesine izin verdi.
Dahası da var. Kozmik nötrinolar, gezegenimize sürekli çarpan kozmik ışınlar, yüksek enerjili yüklü parçacıklar ile el ele gider. Böylece, yeni buluntu, en hızlı hareket eden kozmik ışınların en azından bazılarının hızlandırıcıları olarak blazarları mandallar.
Gökbilimciler, kozmik ışınların ilk olarak 1912'de keşfedildiği için bunu merak ettiler. Ancak, parçacıkların yüklü doğası tarafından engellendi, bu da kozmik ışınların bu şekilde çekildiğini ve uzayda yakınlaştıkça çeşitli nesneler tarafından dikte edildiğini belirtti. Sonunda başarı, bir gezgin gezgin hayalet parçacığının düz çizgi yolculuğunu kullanmaktan geldi.
“Bir yüzyıldan fazla bir süredir kozmik ışınların kaynaklarını arıyoruz ve sonunda bir tane bulduk,” diyor IceCube Neutrino Rasathanesi baş bilim adamı ve Wisconsin-Madison Üniversitesi fizik profesörü Francis Halzen. com. [Tuhaf Fizik: Doğada En Havalı Küçük Parçacıklar]
Takım çalışması
ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından yönetilen IceCube, özel bir nötrino avcısıdır. Tesis, Antarktika buzuna yaklaşık 1,5 mil (2,5 kilometre) uzanan sondaj kuyularının içinde yer alan 86 kablodan oluşmaktadır. Sırasıyla her kablo, hassas ışık dedektörleri ile donatılmış 60 basketbol boyutunda "dijital optik modülü" barındırır.
Bu dedektörler, bir nötrino bir atom çekirdeği ile etkileşime girdikten sonra yayılan karakteristik mavi ışığı alacak şekilde tasarlanmıştır. (Bu ışık, etkileşim tarafından oluşturulan ikincil bir parçacık tarafından atılır. Ve merak ediyorsanız: Üstündeki tüm buz, nötrino dışındaki parçacıkların dedektörlere ulaşmasını ve verileri kirletmesini önler.) Bunlar nadir olaylardır; Halzen, IceCube'un yılda sadece birkaç yüz nötrino bulduğunu söyledi.
Tesis zaten astronomiye büyük katkılarda bulundu. Örneğin 2013'te IceCube, Samanyolu galaksisinin ötesinde nötrinoların ilk kez doğrulanmış tespitini yaptı. Araştırmacılar o zamanlar bu yüksek enerjili hayalet parçacıklarının kaynağını tespit edemediler.
Ancak 22 Eylül 2017'de IceCube başka bir kozmik nötrino aldı. Son derece enerjikti, yaklaşık 300 teraelektron volt ambalajladı - Dünya'nın en güçlü parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndan geçen protonların enerjisinden yaklaşık 50 kat daha fazla.
Tespitden 1 dakika sonra, tesis otomatik olarak bir bildirim göndererek diğer gökbilimcileri bul ve koordinatları parçacığın kaynağını barındırdığı düşünülen gökyüzü yamasına yönlendirdi.
Topluluk cevap verdi: Yerde ve uzayda yaklaşık 20 teleskop, düşük enerjili radyo dalgalarından yüksek enerjili gama ışınlarına kadar elektromanyetik spektrum boyunca bu yamayı izledi. Kombine gözlemler, nötrino'nun kökenini, Dünya'dan yaklaşık 4 milyar ışıkyılı uzaklıkta olan TXS 0506 + 056 adlı zaten bilinen bir blazar'ya kadar takip etti.
Örneğin, NASA'nın Dünya yörüngesindeki Fermi Gama-ışını Uzay Teleskopu ve Kanarya Adaları'ndaki Büyük Atmosferik Gama Görüntüleme Cherenkov Teleskopu (MAGIC) dahil olmak üzere birçok farklı enstrümanın takip gözlemleri, güçlü bir gama ışını ışık patlaması patladığını ortaya çıkardı. TXS 0506 + 056. [Gamma-Ray Universe: NASA'nın Fermi Uzay Teleskobu'nun fotoğrafları]
IceCube ekibi de arşiv verilerini gözden geçirdi ve aynı blazar'dan geliyormuş gibi görünen bir düzineden fazla kozmik nötrino daha buldu. Bu ilave parçacıklar dedektörler tarafından 2014'ün sonundan 2015'in başına kadar toplandı.
Üst düzey bir IceCube bilim adamı ve UW-Madison fizik profesörü Albrecht Karle, "Tüm parçalar birbirine uyuyor" dedi. "Arşiv verilerimizdeki nötrino parlaması bağımsız bir onay haline geldi. Diğer gözlemevlerinden gelen gözlemlerle birlikte bu blazar için son derece enerjik nötrinoların ve dolayısıyla yüksek enerjili kozmik ışınların kaynağı olması için kanıtlar var."
Bulgular bugün 12 Temmuz'da Science dergisinde yayınlanan iki yeni çalışmada bildirildi. Onları burada ve burada bulabilirsiniz.
Multimessenger astrofizik yükselişte
Blazarlar, biri doğrudan Dünya'ya yönelik olan ikiz ışık ve parçacık jetlerini patlatan özel bir süper parlak aktif galaksidir. (Kısmen blazarların bize bu kadar parlak görünmesinin nedeni budur - çünkü jet ateş hattındayız.)
Gökbilimciler evrende binlerce blazar tespit ettiler, bunların hiçbiri henüz TXS 0506 + 056 gibi bize nötrinoları saptamadı.
"Bu kaynak hakkında özel bir şey var ve bunun ne olduğunu bulmalıyız," dedi Halzen Space.com'a.
Bu, yeni sonuçların ortaya koyduğu birçok sorudan sadece biri. Örneğin, Halzen ivme mekanizmasını da bilmek istiyor: Blazarlar tam olarak böyle muazzam hızlara kadar nötrino ve kozmik ışınları nasıl alıyorlar?
Halzen, iki yeni çalışmada sergilenen "çok resimli astrofiziklerin" - kozmosu sorgulamak için en az iki farklı sinyal türünün kullanılmasının - gücünden söz ederek, bu tür soruları nispeten yakın gelecekte cevaplama konusunda iyimserlik dile getirdi.
Nötrino keşfi bir başka multimessenger dönüm noktasının topuklarını yakından takip ediyor: Ekim 2017'de araştırmacılar, dramatik olay sırasında yayılan hem elektromanyetik radyasyon hem de yerçekimi dalgalarını gözlemleyerek iki süper yoğun nötron yıldızı arasındaki bir çarpışmayı analiz ettiklerini açıkladılar.
NSF Direktörü France Cordova da aynı açıklamada, "Multimessenger astrofizik dönemi burada," dedi. "Her haberci - elektromanyetik radyasyon, yerçekimi dalgaları ve şimdi nötrinolardan - bize evreni daha iyi anlamamızı ve gökyüzündeki en güçlü nesnelere ve olaylara önemli yeni anlayışlar veriyor."
